CN108802653A - 基于地磁场特性的卫星磁强计磁环境分析方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基于地磁场特性的卫星磁强计磁环境分析方法，利用地磁东西方向磁场强度为0的特性，首先用三分量磁传感器标定磁东西方向，再通过调整卫星方向，分别测量星上磁强计三个轴向置于磁东西方向时的磁场强度数据，取三次测量的模，即可得到卫星剩磁场对磁强计处的影响。当测得的磁场强度小于卫星轨道环境磁场强度的1/10时，可认为整星剩磁环境对磁强计无影响，否则需更改布局或进行磁优化设计。本发明解决了在地磁场环境条件下分析卫星剩磁对星内磁强计影响的问题，可为磁强计的布局和设计优化提供支撑。

Description

基于地磁场特性的卫星磁强计磁环境分析方法

技术领域

本发明涉及卫星磁设计技术领域，具体地，涉及一种卫星剩磁对星内磁强计影响测量与分析方法。

背景技术

磁强计是以地球磁场为基准，测量卫星姿态的敏感器。磁强计由于质量小，性能可靠，消耗功率低，工作温度范围宽以及没有活动部件等特点，得到了很广泛的应用。磁强计本身是用来测量空间环境中磁场强度的。由于地球周围每一点的磁场强度都可以由地球磁场模型事先确定，因此利用卫星在轨磁强计测得的信息与地球磁场模型对比，便可以确定出卫星相对于地球磁场的姿态。

由于地球磁场模型仅是对地球磁场的近似描述，以此模型作为磁强计测量星体姿态基准的测量精度不高。此外，某点地球磁场强度与该点距地心的距离的3次方成反比，因此卫星轨道高度上地球磁场强度很弱，当航天器内部的剩磁过大时会超过地球磁场的影响，从而影响磁强计的测量。

因此，卫星设计时一方面需要严格控制整星及星上单机的剩磁，材料上选择低磁甚至无磁材料；另一方面在布局时磁强计远离剩磁较大的单机，如驱动机构、蓄电池等。

为了给磁强计提供一个较为“干净”的磁场环境，在地面研制阶段应准确评估卫星剩磁对磁强计的影响，确保磁强计在轨能正常使用。目前，没有发现同本方法类似的说明或报告，也尚未收集到国内外类似的资料。

发明内容

本发明的目的是提供一种基于地磁场特性的卫星磁强计磁环境分析方法，利用地磁东西方向磁场强度为0的特性，通过测量磁强计三个轴向分别置于磁东西方向时的磁场强度数据，计算磁强计处的卫星剩磁场影响，为磁强计地面布局和设计优化提供支撑。

本发明的目的可由以下技术方案完成：

步骤1：将无磁转台布置于磁场测量室中央，然后将三分量磁传感器放置于无磁转台的中央，连接并导通磁传感器与地面测量系统，通过微调三分量磁传感器的方向，使得磁传感器的磁东西方向测量值趋向于0，同时在无磁转台上标记磁传感器的位置和方向；其中，三分量磁传感器放置于无磁转台时，其X轴指向磁北、Y轴指向磁东；微调三分量磁传感器的Y向分量，使得其值趋向于0并不大于±50nT。

步骤2：将三分量磁传感器从无磁转台上取下，将卫星放置在无磁转台上，根据步骤1中标记的位置和方向，使得星内磁强计几何中心的法线方向落在无磁转台的标记点位置，并使得磁强计如X轴指向标记的磁东西方向。

步骤3：卫星连接地面供电和测试设备，对卫星加电并按在轨稳态模式设置星上单机状态，读取星上磁强计X轴的数据B_X。由于无外加磁场影响时，磁强计测得的磁东西方向磁场强度应为0，因此此时测得B_X应为卫星剩磁产生的对磁强计X方向的磁场强度。

步骤4：卫星断电后在水平面内旋转卫星方向90°，使得星内磁强计几何中心的法线方向落在无磁转台的标记点位置，并使得磁强计另一轴Y轴指向标记的磁东西方向。

步骤5：卫星加电按稳态模式设置，读取星上磁强计Y轴的数据B_Y，即为卫星剩磁产生的对磁强计Y方向的磁场强度。

步骤6：卫星断电后在垂直面内翻转90°，同时使得星内磁强计几何中心的法线方向落在无磁转台的标记点位置，并使得磁强计最后一个方向轴Z轴指向标记的磁东西方向；卫星加电并读取Z轴的数据B_Z，则卫星剩磁在星内磁强计位置产生的磁场强度为

步骤7：参照GJB/Z 19-1991《近地空间磁场》，获得卫星在轨的环境磁场强度B₀，若则卫星剩磁对星内磁强计影响可忽略，否则需调整卫星布局或进行整星磁优化设计，使得卫星对磁强计的的磁场影响满足要求。

其中，一般低于1000km的近地轨道空间磁场强度约为20000～40000nT，因此测得的卫星剩磁的磁场强度B需小于2000nT。

与现有技术相比，本发明具有如下的有益效果：

1、本发明解决了在地面环境条件下分析卫星剩磁对星内磁强计影响的问题；

2、本发明为磁强计布局和设计优化提供支撑。

附图说明

通过阅读参照以下附图对非限制性实施例所作的详细描述，本发明的其它特征、目的和优点将会变得更明显：

图1为本发明中卫星及产品磁场测试示意图。

图2基于地磁场特性的卫星磁强计磁环境分析方法流程图。

具体实施方式

下面结合具体实施例对本发明进行详细说明。以下实施例将有助于本领域的技术人员进一步理解本发明，但不以任何形式限制本发明。应当指出的是，对本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进。这些都属于本发明的保护范围。

在本实施例中，如图1、图2所示，本发明提供的基于地磁场特性的卫星磁强计磁环境分析方法包括如下步骤：

步骤1：放置无磁转台和三分量磁传感器并调试；具体的：

步骤1.1：将无磁转台布置于磁场测量室中央；

步骤1.2：将三分量磁传感器放置于无磁转台的中央，其X轴初步指向磁北、Y轴初步指向磁东，把磁传感器与地面测量系统连接并导通；

步骤1.3：通过微调螺母调整三分量磁传感器的方向，使得磁传感器的磁东西方向测量值趋向于0并不大于±50nT，同时在无磁转台上标记磁传感器的位置和方向。

步骤2：放置卫星并调试；具体的：

步骤2.1：将三分量磁传感器从无磁转台上取下；

步骤2.2：将卫星放置在无磁转台上，根据步骤1.3中标记的位置和方向，使得星内磁强计几何中心的法线方向落在无磁转台的标记点位置，并使得磁强计某一轴(如X轴)指向标记的磁东西方向。

步骤3：卫星加电并测试；具体的：

步骤3.1：卫星连接地面供电和测试设备，对卫星加电并按在轨稳态模式设置星上单机状态；

步骤3.2：通过综测软件的星上遥测信息读取星上磁强计X轴的数据B_X，即为卫星剩磁产生的对磁强计X方向的磁场强度。

步骤4：卫星调整方向并继续测试；具体的：

步骤4.1：卫星断电；

步骤4.2：卫星在水平面内旋转卫星方向90°，使得星内磁强计几何中心的法线方向落在无磁转台的标记点位置，并使得磁强计另一轴(如Y轴)指向标记的磁东西方向；

步骤4.3：卫星加电按稳态模式设置，读取星上磁强计Y轴的数据B_Y，即为卫星剩磁产生的对磁强计Y方向的磁场强度。

步骤5：卫星断电后在水平面内旋转卫星方向90°，使得星内磁强计几何中心的法线方向落在无磁转台的标记点位置，并使得磁强计最后一个方向(如Z轴)指向磁东西，卫星加电并读取Z轴的数据B_Z，则卫星剩磁在星内磁强计位置产生的磁场强度为

步骤6：评估卫星剩磁场对星上磁强计影响；具体的：

步骤6.1：参照GJB/Z 19-1991《近地空间磁场》，获得卫星在轨的环境磁场强度B₀,一般低于1000km的近地轨道空间磁场强度约为20000～40000nT；

步骤6.2：若卫星剩磁在星内磁强计位置产生的磁场强度B满足：

则，卫星剩磁对星内磁强计影响可忽略，否则需调整卫星布局或进行整星磁优化设计，使得卫星对磁强计的的磁场影响满足式(1)要求，一般需小于2000nT。

以上对本发明的具体实施进行了描述。需要理解的是，本发明并不局限于上述特定实施方式，本领域技术人员可以在权利要求的范围内做出各种变形或修改，这并不影响本发明的实质内容。

Claims (2)

1.一种基于地磁场特性的卫星磁强计磁环境分析方法，其特征在于，包括如下步骤：

步骤1：将无磁转台布置于磁场测量室中央，然后将三分量磁传感器放置于无磁转台中央，连接并导通三分量磁传感器与地面测量系统，通过微调三分量磁传感器的方向，使得三分量磁传感器的磁东西方向测量值趋向于0，同时在无磁转台上标记三分量磁传感器的位置和方向；

步骤2：将三分量磁传感器从无磁转台上取下，将卫星放置在无磁转台上，根据步骤1中标记的位置和方向，使得星内磁强计几何中心的法线方向落在无磁转台的标记点位置，并使得磁强计X轴指向标记的磁东西方向；

步骤3：卫星连接地面供电和测试设备，对卫星加电并按在轨稳态模式设置星上单机状态，通过遥测读取星上磁强计X轴的数据B_X，此时测得B_X为卫星剩磁产生的对磁强计X方向的磁场强度；

步骤4：卫星断电后在水平面内旋转卫星方向90°，同时使得星内磁强计几何中心的法线方向落在无磁转台的标记点位置，并使得磁强计另一轴Y轴指向标记的磁东西方向；卫星按在轨稳态模式加电设置，通过遥测读取星上磁强计Y轴的数据B_Y，即为卫星剩磁产生的对磁强计Y方向的磁场强度；

步骤5：卫星断电后在垂直面内翻转90°，同时使得星内磁强计几何中心的法线方向落在无磁转台的标记点位置，并使得磁强计最后一个方向轴Z轴指向标记的磁东西方向；卫星按在轨稳态模式加电，并通过遥测读取磁强计Z轴的数据B_Z，则卫星剩磁在星内磁强计位置产生的磁场强度为

步骤6：参照GJB/Z 19-1991《近地空间磁场》，获得卫星在轨的环境磁场强度B₀，若则卫星剩磁对星内磁强计影响可忽略，否则需调整卫星布局或进行整星磁优化设计，使得卫星对磁强计的的磁场影响满足要求。

2.如权利要求1所述的基于地磁场特性的卫星磁强计磁环境分析方法，其特征在于，所述三分量磁传感器放置于无磁转台时X轴指向磁北、Y轴指向磁东，微调三分量磁传感器的Y向分量，使得其值趋向于0并不大于±50nT。